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Schaltungsanordnung zur Kompensation des Spannungsabfalls in einem
Stromkreise. In der Technik kommt es häufig vor, daß, wenn mehrere Stromverbraucher
von der gleichen Spannungsquelle versorgt werden, die Belastung in einem Verbraucherkreis
nicht ohne Rückwirkung auf den Spannungsabfall in den übrigen Verbraucherkreisen
ist. Es ist das namentlich der Fall, wenn die einer Senderapparatur zugehörige Stromquelle,
mit Rücksicht auf diese Apparatur, von verhältnismäßig geringer Leistungsfähigkeit
ist. Beispielsweise liegen derartige Verhältnisse bei elektromedizinischen Anschlußapparaten
vor. Um dabei sehr verschiedene Spannungen erhalten . zu können, die teils zum Betrieb
von der Beleuchtung von Körperhöhlen dienenden Lampen (Endoskopie), teils für die
Lieferung von Strom zur Erhitzung von Brennkörpern (Kauterisation) erforderlich
sind, wird der vorhandene Gleichstrom mittels einer Motordynamo in Wechselstrom
umgeformt und einem Transformator zugeführt, der die verschiedenen Ströme und Spannungen
liefert. Nun ist aber der Stromverbrauch in dem Kauterstromkreise besonders veränderlich,
während zugleich die Spannung in dem Stromkreis für Endoskopie stets möglichst die
gleiche sein soll. Infolge der gegebenen geringen Größe der Wechselstromdynamo wirkt
aber der Kauterstrom in sehr erheblichem Maße auf die Endoskopiespannung ein.
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Um diese Spannung von der Wechselbelastung im Kauterstromkreis unabhängig
zu machen, ist die Verwendung eines Zusatztransformators vorgeschlagen worden, durch
dessen eine Wicklung der Käuterstrom und durch dessen andere Wicklung der Endoskopiestrom
fließt. Durch diese magnetische Verkettung der beiden Stromkreise ist zwar eine
Herabminderung der Spannungsschwankungen im Endoskopiestromkreis möglich, aber die
völlige Beseitigung dieser Schwankungen konnte für verschiedene Frequenzen auch
nicht annähernd erreicht werden. Ebenso ungünstig ist die Verwendung von Eisenwiderständen
im. Endoskopiestromkreis, da diese nur bei einer für den Eisenwiderstand bestimmten
Stromstärke wirksam sind, die verschiedenen Lampenarten der Endoskopie aber mit
verschiedenen Stromstärken arbeiten. Ferner sind die bekannten Einrichtungen auch
insofern ungünstig, als die durch den Ausgleich bedingten Energieverluste dabei
unverhältnismäßig hoch sind.
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Alle diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden,
daß die in. dem einen Verbraucherkreis, dessen Spannung gleich erhalten werden soll
und die in dem anderen Verbraucherkreis, dessen Belastung stark veränderlich ist,
wirksamen Spannungen gegeneinandergeschaltet sind und der Spannungsabfall in dem
zweiten Stromkreis zwischen den Anschlußpunkten des ersten Stromkreises derart gewählt
- ist, daß er den durch die Belastung der Stromquelle entsprechenden Abfall der
Spannung des ersten Kreises ausgleicht.
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Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt.
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Nach Fig. z wird aus dem Netz n ein Gleichstrommotor
g
gespeist, der einen Wechselstromerzeuger w antreibt. Daran ist die Primärwicklungp
eines Transformators t angeschlossen. Dieser besitzt zwei Sekundärwicklungen s1
und s2. Beide sind derart in Reihe geschaltet, daß sie entgegengesetzte Spannungen
erzeugen. An- die äußeren Enden dieser Wicklungen sind in Reihe ein mittels eines
Schiebers einstellbarer Manganinwiderstand m und ein fester Widerstand a geschaltet;
an den Widerstand a ist mittels eines beweglichen Kontaktes b1 die Endoskopielampeeangeschlossen.
Der Kauter k wird allein von der Sekundärwicklung sz gespeist. Sein Stromkreis enthält
ebenfalls denselben Manganinwiderstand in und einen Regelwiderstand ro, an dem der
Anschluß mittels eines beweglichen Kontaktes bz erfolgt.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist die folgende: Bei ausgeschaltetem
Kauter werde in der Wicklung s1 eine Spannung V1 erzeugt, in der Wicklung s2 eine
solche Vz. Da beide Wicklungen gegeneinandergeschaltet sind, so beträgt die Spannung
am Widerstande a V1 - Vz. Wird der Kauterstromkreis eingeschaltet und verschieden
stark belastet, so wird auf der Primärseite des Transformators infolge der verhältnismäßig
geringen Leistungsfähigkeit des Wechselstromerzeugers w ein Spannungsabfall bedingt,
der in den Sekundärwicklungen proportionale Spannungsabfälle erzeugt. Wenn infolge
des Spannungsabfalles die Spannung in der Wicklung s1 beispielsweise x V1 beträgt,
so ist sie in der Wicklung s2 a V2. Mit Bezug auf die Anschlußpunkte des Endoskopiestromkreises
an den Kauterstromkreis ergibt sich die von der Endoskopiespannung uVl der Wicklung
s1 abzuziehende Spannung zu a V2-Jm, wobei J den Kauterstrom und m den Widerstand
des Manganinwiderstandes einschließlich desjenigen der Wicklung s2 bedeutet.
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Die Endoskopiespannung E ist also bei geöffnetem Kauterstromkreis,
wenn von dem infolge des geringen Stromverbrauches äußerst geringen Spannungsabfall
im Endoskopiekreis abgesehen wird, E=Vl-V2, bei geschlossenem und belasteten Kauterstromkreis
E'=aVl-(aV2-Jira) = a (V1 - V2) -f- J m.
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Sind nun die Verhältnisse der Schaltungsanordnung derart gewählt,
daß der durch den Koeffizienten a zum Ausdruck gebrachten Spannungsminderung der
Betrag J in entspricht, so ist E = E' und damit die Endoskopiespannung stets
dieselbe.
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Zwei Zahlenbeispiele sollen die Möglichkeit derartiger Verhältnisse
zeigen: Der Endoskopiestromkreis führe ungefähr o,2 bis 0,3 Ampere, die einfach
vernachlässigt werden sollen. Im Kauterstrom sollen in einem bestimmten Betriebszustande
3o Ampere fließen. Hierdurch werde ein Spannungsabfall von 2o Prozent am Transformator
bewirkt. Die Spannung V1 der Wicklung s1 sei 15 Volt, die der Wicklung s,: V2 5
Volt, der Gesamtwiderstand na (des Widerstandes m und der Wicklung s2) = 1/i5 Ohm.
Dann ergibt sich die Endoskopiespannung bei geöffnetem Kauterstromkreis E = 15-5
= 1o Volt.
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Bei geschlossenem Kauterstromkreis mit, wie erwähnt, 3o Ampere Stromverbrauch
E'= o,8 (15 - 5) -f- 30.1/1s = 8 + 2 = 1o Volt.
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Für einen Kauterstrom von beispielsweise 2o Ampere ergibt sich ein
Spannungsabfall von i3,3 Prozent und E" = o,867 (15 - 5) -I- 20 - 1/l5 = 8,67 -I-
1,33 = 10 Volt.
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Es ist also E = E' = E", mithin die für das Endoskop zur Verfügung
stehende Spannung immer dieselbe.
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Es ist hierbei die in den meisten Fällen zutreffende Voraussetzung
gemacht, daß in den Sekundärwicklungen s1 und s2 erhebliche Phasenverschiebungen
nicht vorhanden sind. Die Anordnung eines besonderen Widerstandesm wäre nicht nötig,
wenn die Wicklung s2 selbst den zum Ausgleich der Spannungsabfälle nötigen Widerstand
besitzen würde, z. B. dadurch, daß sie aus entsprechendem Widerstandsmaterial besteht.
Die vorgeschlagene Anordnung ist jedoch zweckmäßiger, da durch einen außerhalb der
Transformatorwicklung liegenden Widerstand auf einfachste Weise eine Justierung
und eine genaue Kompensation von vornherein ermöglicht wird. Die Kompensierung des
Spannungsabfalles ist so lange vollkommen, als keine erhebliche Erwärmung des Widerstandes
m oder der Wicklung s2 eintritt, da durch diese Erwärmung die Größe des Widerstandes
selbst geändert wird.
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In dem Beispiel nach Fig. 1 war die Kompensation durch zwei auf demselben
Transformator aufgebrachte Wicklungen erzielt. Es ist aber auch möglich, in der
gleichen Weise zwei Wicklungen gegeneinander zu schalten, die, wie Fig. 2 zeigt,
auf zwei verschiedene Transformatoren 1l und t2 aufgebracht sind, sofern diese Transformatoren
alle von der gleichen Stromquelle gespeist werden. Eine derartige Schaltung ist
besonders' zweckmäßig, wenn für den Endoskopiestromkreis eine höhere Spannung benötigt
wird.
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Die Erfindung ist nicht nur geeignet, eine Kompensation in Wechselstromverzweigungen
herbeizuführen,
sie eignet sich ebenso gut für eine Kompensation des Spannungsabfalles in Gleichstromschaltungen.
Voraussetzung ist jedoch, daß die Speisung der Stromkreise durch besondere, von
der gleichen Energiequelle versorgten Spannungsquellen erfolgt. Es kann sich in
diesem Sinne um eine Anlage handeln, bei der ein Motor zwei Gleichstromerzeuger
antreibt, deren Stromkreise in der angedeuteten entsprechenden Weise verkettet sind.
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Es ist ein besonderer Vorzug der Erfindung, daß die durch die Kompensationsschaltung
bedingten Verluste äußerst gering sind und leicht festgestellt werden können. -
Im allgemeinen ist es zweckmäßig, zur Vermeidung von Verlusten die Endoskopiespannung
so niedrig als möglich zu wählen.